寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，原料組成及其質(zhì)量比為：BaTiO3：Bi(Zn0.5Ti0.5)O3：Nb2O5＝1：0.5～0.7：0.02～0.06；所述Bi(Zn0.5Ti0.5)O3的原料組成及摩爾比為Bi2O3：ZnO：TiO2＝1:1:1；先將Bi2O3、ZnO、TiO2按照摩爾比1:1:1配料，球磨烘干后于950℃預燒，再進行二次球磨，得到Bi(Zn0.5Ti0.5)O3粉料；本發(fā)明于1130～1190℃燒結(jié)，介電常數(shù)為εr≥800，介電損耗tanδ≤5.5％，在-30℃～230℃范圍內(nèi)電容量變化率ΔC/C20℃≤±15％。本發(fā)明的粉體組分均一，過程無污染，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種BaTiO3-Bi (Zna5Tia5) O3-Nb2O5基寬工作溫度范圍的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 隨著多種移動電子設備諸如筆記本電腦、移動電話、數(shù)碼相機、汽車電子等的高速 發(fā)展，片式電子元器件逐步取代了傳統(tǒng)引線型電子元件。片式多層陶瓷電容器（MLCC)是目 前生產(chǎn)量、銷售量最大的片式元器件，它是將電極材料和陶瓷坯體以多層交替并聯(lián)疊合起 來，并同時燒成一個整體。
[0003] 近年來，MLCC用介質(zhì)材料的發(fā)展趨勢一直是改善其綜合性能，在保證其高可靠性 的前提下，擴展其使用溫度范圍，先后出現(xiàn)滿足EIA(Electronic Industries Associate, 國際電子工業(yè)協(xié)會）X7R(工作溫度范圍為-55?125°C )、X8R(工作溫度范圍為-55? 150°C )、X9R(工作溫度范圍為-55?200°C )標準的介質(zhì)材料。然而，在航空航天、地質(zhì)勘 探、汽車電子等領域，MLCC的使用環(huán)境更加苛刻，X9R無法完全滿足使用要求，因此提高鈦 酸鋇基介質(zhì)材料的介電溫度穩(wěn)定性并且獲得盡可能大工作溫區(qū)仍然是目前的研宄熱點之 一，并且眼下介質(zhì)電容器生產(chǎn)廠家的研宄重點即圍繞配方和制備工藝的研宄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，是為滿足多層陶瓷電容器使用環(huán)境更加苛刻的溫度條件，提供一 種工作溫度范圍寬、容量變化率較小的陶瓷電容器介質(zhì)材料。
[0005] 本發(fā)明通過如下技術方案予以實現(xiàn)。
[0006] 一種寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，原料組成及其質(zhì)量比為：
[0007] BaTi03:Bi (Zn 〇. 5Ti0.5) 03:Nb 205= 1 :0· 5 ?0· 7 :0· 02 ?0· 06 ;
[0008] 所述 Bi (Zna5Tia5)O3的原料組成及摩爾比為 Bi 203:Zn0 !TiO2= 1:1:1 ;
[0009] 該寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備方法，步驟如下：
[0010] (1)將Bi203、Zn0、Ti02按照摩爾比1: 1:1配料，與去離子水混合球磨，球磨時間4h， 球磨后烘干并于950°C預燒，制得Bi (Zna5Tia5) O3固體顆粒；
[0011] (2)將步驟⑴所得Bi (Zntl 5Titl 5)O3固體顆粒與去離子水混合，進行二次球磨，球 磨時間5?10h，烘干后，過40目篩，得到Bi (Zna5Tia5) O3粉料；
[0012] (3)將步驟⑵所得Bi (Zna5Tia5) O3粉料添加到BaTiO 3中，同時添加 Nb2O5，三種組 分質(zhì)量比為 BaTi03:Bi (Zn Q.5TiQ.5) 03:Nb 205= I :0.5 ?0.7 :0.02 ?0.06,與去離子水混 合，進行球磨，球磨時間2?4h ;
[0013] (4)將步驟⑶所得粉料中外加質(zhì)量百分比為5?8%的石蠟造粒，然后過1000 孔/cm 3分樣篩，再壓制成生坯，成型壓力6?IOMPa ;
[0014] (5)將步驟⑷所得生坯使用埋料的方式燒結(jié)，經(jīng)3?4h升溫至550°C排賭，經(jīng)過 1?3h升至1130?1190°C燒結(jié)，保溫0. 5?2h，制得寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì) 材料。
[0015] 所述步驟（I)、（2)、（3)均使用QM-3SP4行星式球磨機進行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速400 轉(zhuǎn)/分鐘。
[0016] 所述步驟（4)采用769YP-24B型粉末壓片機進行壓制成型，使用Φ20模具。
[0017] 所述步驟（5)優(yōu)選的燒結(jié)溫度為1170°C。
[0018] 本發(fā)明的BaTiO3-Bi (Zna5Tia5)O3-Nb2O5寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料 其燒結(jié)溫度為1130?1190°C，介電常數(shù)\彡800,在-30°C?230°C范圍內(nèi)電容量變化率 Λ C/C2(rc< ±15%。其是一種應用于制備寬工作溫度多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的很有前景 的體系，此外，該制備工藝獲得的粉體組分均一，過程無污染。

【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明所用原料均采用分析純原料，具體實施例如下。
[0020] 實施例1
[0021] 先將ZnO、Bi203、1102按質(zhì)摩爾百分比1:1:1配料，與去離子水混合球磨，使用 QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球磨4h后烘干并于950°C預燒，制得 Bi (ZnQ. 5TiQ. 5) O3固體顆粒；再將預燒所得鋅鈦酸鉍Bi (Zn Q. 5TiQ. 5) 03固體顆粒在去離子水中 進行二次球磨，球磨時間5h，烘干后，過40目篩得到粉末；再將所得Bi (Zna5Tia5)O3粉料添 加到 BaTiO#，同時添加 Nb2O5，三種組分質(zhì)量比為 BaTi03:Bi(ZnQ.5TiQ. 5)03:Nb 205= I :0.6 : 0. 02,與去離子水混合，于QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球磨4h。 再將所得烘干粉料中加入質(zhì)量百分比為5%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm 3分樣篩，使用 Φ20模具，于769YP-24B型粉末壓片機上壓制成生坯，成型壓力6MPa。使用埋料的方式進 行生坯燒結(jié)。將不同球磨時間獲得的生坯，分兩組燒結(jié)，經(jīng)3h升溫至550°C排蠟，經(jīng)過Ih分 別升至1130°C燒結(jié)，保溫0. 5h，制得陶瓷電容器介質(zhì)材料。將所得制品的上下表面均勻涂 覆銀漿，經(jīng)840°C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。
[0022] 實施例2
[0023] 先將ZnO、Bi203、1102按質(zhì)摩爾百分比1:1:1配料，與去離子水混合球磨，使用 QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球磨4h后烘干并于950°C預燒，制 得Bi (Zna5Tia5) O3固體顆粒；再將預燒所得鋅鈦酸鉍Bi (Zn Q.5Tia5) O3固體顆粒在去離子水 中進行二次球磨，球磨時間7h，烘干后，過40目篩得到粉末；再將所得Bi (Zna5Tia5) 03粉 料添加到BaT i O3中，同時添加 Nb 205，三種組分質(zhì)量比為BaT i O3: B i (Zn Q. 5T i Q. 5) O3: Nb 205 = 1:0. 5:0. 06,與去離子水混合，于QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球磨 3h。再將所得烘干粉料中加入質(zhì)量百分比為7%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩， 使用Φ20模具，于769YP-24B型粉末壓片機上壓制成生坯，成型壓力8MPa。使用埋料的方 式進行生坯燒結(jié)。將不同球磨時間獲得的生坯，分兩組燒結(jié)，經(jīng)3. 5h升溫至550°C排蠟，經(jīng) 過2h分別升至1155°C燒結(jié)，保溫lh，可制得陶瓷電容器介質(zhì)材料。將所得制品的上下表面 均勻涂覆銀漿，經(jīng)840 °C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。
[0024] 實施例3
[0025] 先將ZnO、Bi203、1102按質(zhì)摩爾百分比1:1:1配料，與去離子水混合球磨，使用 QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球磨4h后烘干并于950°C預燒，制 得Bi (Zna5Tia5) O3固體顆粒；再將預燒所得鋅鈦酸鉍Bi (Zn Q.5Tia5) O3固體顆粒在去離子水 中進行二次球磨，球磨時間5h，烘干后，過40目篩得到粉末；再將所得Bi (Zna5Tia5) 03粉 料添加到BaT i O3中，同時添加 Nb 205，三種組分質(zhì)量比為BaT i O3: B i (Zn Q. 5T i Q. 5) O3: Nb 205 = 1:0. 57:0. 024,與去離子水混合，于QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球 磨4h。再將所得烘干粉料中加入質(zhì)量百分比為7 %的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣 篩，使用Φ20模具，于769YP-24B型粉末壓片機上壓制成生坯，成型壓力6MPa。使用埋料的 方式進行生坯燒結(jié)。將不同球磨時間獲得的生坯，分兩組燒結(jié)，經(jīng)3. 5h升溫至550°C排蠟， 經(jīng)過I. 5h分別升至1170°C燒結(jié)，保溫lh，可制得陶瓷電容器介質(zhì)材料。將所得制品的上下 表面均勻涂覆銀漿，經(jīng)840 °C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。
[0026] 實施例4
[0027] 先將ZnO、Bi203、1102按質(zhì)摩爾百分比1:1:1配料，與去離子水混合球磨，使用 QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球磨4h后烘干并于950°C預燒，制 得Bi (Zna5Tia5) O3固體顆粒；再將預燒所得鋅鈦酸鉍Bi (Zn Q.5Tia5) O3固體顆粒在去離子水 中進行二次球磨，球磨時間l〇h，烘干后，過40目篩得到粉末；再將所得Bi (Zna5Tia5)03粉 料添加到BaT i O3中，同時添加 Nb 205，三種組分質(zhì)量比為BaT i O3: B i (Zn Q. 5T i Q. 5) O3: Nb 205 = 1:0. 7:0. 06,與去離子水混合，于QM-3SP4行星式球磨機（球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘）球磨 4h。再將所得烘干粉料中加入質(zhì)量百分比為8%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩， 使用Φ20模具，于769YP-24B型粉末壓片機上壓制成生坯，成型壓力lOMPa。使用埋料的方 式進行生坯燒結(jié)。將不同球磨時間獲得的生坯，分兩組燒結(jié)，經(jīng)4h升溫至550°C排蠟，經(jīng)過 3h分別升至1190°C燒結(jié)，保溫2h，可制得陶瓷電容器介質(zhì)材料。將所得制品的上下表面均 勻涂覆銀漿，經(jīng)840 °C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。
[0028] 本發(fā)明測試方法和檢測設備如下：（交流測試信號：頻率為1kHz，電壓為IV)。
[0029] (1)介電常數(shù)和損耗的測試（室溫20°C )
[0030] 使用HEWLETT PACKARD 4278A型電容量測試儀測試樣品的電容量C和損耗tan δ， 并換算出樣品的介電常數(shù)。對于圓片電容器，換算關系如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，原料組成及其質(zhì)量比為： BaTi03:Bi (Zn 0.5Ti0.5)03:Nb 205= 1 :0? 5 ?0? 7 :0? 02 ?0? 06 ; 所述Bi(Zna5TiQ.5) 03的原料組成及摩爾比為Bi 203:Zn0 :Ti02= 1:1:1 ; 該寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備方法，步驟如下： (1) 將Bi203、ZnO、Ti02按照摩爾比1:1:1配料，與去離子水混合球磨，球磨時間4h，球 磨后烘干并于950°C預燒，制得Bi (Zna5Tia5)03固體顆粒； (2) 將步驟⑴所得固體顆粒與去離子水混合，進行二次球磨，球磨時 間5?10h，烘干后，過40目篩，得到Bi(ZnQ.5TiQ. 5)03粉料； (3) 將步驟⑵所得Bi(ZnQ.5TiQ.5)0 3粉料添加到BaTi03中，同時添加 Nb 205，三種組分 質(zhì)量比為 BaTiO^BUZnQ.JiQjO^NbA: 1 :0.5 ?0.7 :0.02 ?0.06,與去離子水混合， 進行球磨，球磨時間2?4h ; (4) 將步驟（3)所得粉料中外加質(zhì)量百分比為5?8%的石蠟造粒，然后過1000孔/ cm3分樣篩，再壓制成生坯，成型壓力6?lOMPa ; (5) 將步驟（4)所得生坯使用埋料的方式燒結(jié)，經(jīng)3?4h升溫至550°C排蠟，經(jīng)過1? 3h升至1130?1190°C燒結(jié)，保溫0. 5?2h，制得寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材 料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所 述步驟（1)、（2)、（3)均使用QM-3SP4行星式球磨機進行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所 述步驟（4)采用769YP-24B型粉末壓片機進行壓制成型，使用?20模具。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所 述步驟（5)優(yōu)選的燒結(jié)溫度為1170°C。
【文檔編號】C04B35/622GK104446443SQ201410675247
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】李玲霞, 陳俊曉, 張寧, 柳亞然, 王鳴婧 申請人:天津大學